西门子大赛逻辑控制赛题

2015年西门子杯全国大学生工业自动化挑战赛
ITEM2逻辑控制赛项样题
(版本2.0)
电梯是高层宾馆、商店、住宅、多层厂房和仓库等高层建筑不可缺少的垂直方向的交通工具。

随着社会的发展，建筑物规模越来越大，楼层越来越多，对电梯的调速精度、调速范围等静态和动态特性提出了更高的要求。

目前电梯控制主要由PLC（可编程逻辑控制器）实现，现代的电梯控制除了需要满足基本的载客运货功能，还需要在保证安全的前提下，自动地、智能地制定最优的响应策略、运行速度等。

一、被控对象描述
1. 对象模型
对象模型分为电梯模型与用户行为模型两项。

电梯三维模型主要包括：电梯整体（包括轿厢、电机、限位开关、急停按钮、重启按钮等等）、各个楼层按钮（上行按钮、下行按钮、指示灯等等）、电梯内部设备（轿厢开门按钮、轿厢关门按钮、指示灯等）等。

电梯模型采用多层结构，其外形及示意图如下所示：
电梯模型中各IO参数均可与PLC通过现场总线相连，实施自动控制。

用户行为模型指软件系统将模拟各楼层出现的用户数量（按一定概率模型）以及每位用户对电梯的操作行为，如每一名用户按下期望到达的目标楼层按钮。

用户行为模型可以模拟现实情况下大量用户使用电梯时的具体用例，从而观察PLC所控制的电梯的行为是否符合要求。

2. 设计参数（以六层电梯为例）
3. 输入输出数据
（1）发往控制器的数字量信号
（2）控制器输出的数字量信号
二、控制任务
1. 单部电梯基本功能
根据不同楼层客户需求，即时响应，实现自动平层、开关门、超重提示、实现上下限位，层门联锁保护等，并根据不同的需求实现合理的响应。

具体地，应包含但不限于如下功能：
1）集选控制
集选控制是指在信号控制的基础上把召唤信号集合起来进行有选择的应答。

电梯在运行过程中可以应答同一方向所有层站呼梯信号和操纵箱上的选层按钮信号，并自动在这些信号指定的层站平层停靠。

电梯运行响应完所有呼梯信号和指令信号后，停在最后一次运行的目标层待命。

2）开关门控制
电梯未起动且门已关上或正在关闭时，如果本层召唤按钮被按下，轿门自动打开。

如果按住按钮不放，门保持打开。

自动状态下，在保持开门的状态时，可以按关门按钮使门立即响应关门动作。

电梯停在门区时，可以在轿厢中按开门按钮使电梯已经关闭或尚未关闭的门重新打开。

3）错误指令消除
当电梯到达最远层站将要反向时，原来所有后方登记的指令全部消除。

连按2次错误指令的按钮，该等级的信号就被取消。

4）开门延时/关门保护
无司机运行时，电梯到站自动开门后，延时若干时间自动关门。

在关门过程中，当安装在轿厢门口的光电信号或机械保护装置探测到有人或物体在此区域时，立即重新开门。

5）待载休眠
电梯无指令时或外登记超过一段时间后（此时间可通过参数调整），轿厢内照明、风扇自动断电。

但在接到指令或召唤信号后，又会自动重新上电投入使用。

2. 单部电梯运行（异常）状态监测
在电梯整个运行过程中，监测状态参数以及各种反馈信号等，确保电梯稳定运行。

在故障情况下，制定相应的安全策略。

具体地，应包含但不限于如下功能：
1）超载保护
轿厢载荷超过设定值时，电梯不响应沿途的层站召唤，按登记的轿内指令行使。

电梯超载时，轿内发出音频或视频信号，并保持开门状态，不允许起动。

2）终端越程保护
电梯的上下终端都装有终端减速开关、终端限位开关，以保证电梯不会越程。

3）开关门保护
如果电梯持续关门一段时间（该时间可设定）后，尚未使门锁闭合，电梯就会转换成开门状态。

如果电梯在持续开门一段时间（时间可调整）后，尚未收到开门限位信号，电梯就会变成关门状态，并在门关闭后，响应下一个召唤和指令。

4）运行保护
为安全起见，在门区外，系统设定不能开门。

在非检修状态，电梯运行过程中，如果连续运行了运行时间限制器规定的时间后，其中没有平层开关动作过，系统就认为检测到钢丝绳打滑故障，所以就停止轿厢的一切运行，直到断电复位或转到检修状态时，才能恢复正常运行。

3. 集群电梯的群控实现
针对多部多层电梯实施联合控制，满足常见不同应用场合下集群电梯的控制策略切换。

电梯具体的动作行为需参赛队伍根据竞赛时所提出的应用目标进行灵活调整。

三、比赛要求
大赛以一个虚拟的控制工程项目为背景展开。

大赛组委会作为甲方发布控制工程招标需求，各参赛队伍以乙方身份，根据甲方提出的控制任务，进行工程技术方案设计，并以甲方工程承包商的身份进入现场实施控制工程项目。

大赛综合考察参赛选手系统分析能力、系统设计能力以及系统实施能力。

参赛选手在理解被控对象的基础上，完成：
1. 工程方案设计
参赛队伍向大赛组委会提交工程方案设计文件后方可参加初赛。

工程方案设计主要内容包括：
（1）系统分析，包括甲方需求分析、对象特性分析、安全分析等；
（2）控制系统设计，包括控制逻辑、控制回路、控制算法等的选择及理由
（3）控制系统选型，包括PLC、IO卡件、通讯网络的选择，并表达出各单元之间的信号连接；
（4）控制方案经济效益分析。

工程设计文件模板参见附件1 《2015年西门子杯全国大学生工业自动化挑战赛工程应用型赛项工程设计文件》。

2. 工程现场实施
工程现场实施包括以下4部分内容：
（1）在SIMA TIC S7-1200 PLC上完成控制算法组态；在SIMATIC WINCC上完成监控环境组态；建立PLC和WINCC之间的通讯连接；
（2）自控系统调试，完成控制系统投运和控制器参数整定；
（3）自控系统交工验收，向甲方提交已实施的方案，接受甲方对控制系统性能的评估。

比赛时，参赛队伍根据给定的测试案例（测试多个楼层多个客人的要求），参赛队伍按照控制任务要求，在确保电梯稳定、安全运行的前提下，实现合理响应。

四、其他
1. 正式比赛过程中如果对赛题存在技术问题时，经专家组讨论，提出适当的弥补措施。

2. 各参赛队对赛题有技术疑问时，在不影响公开、公正、公平原则的基础上，大赛组委会秘书处负责解释。

3. 比赛设备：
组委会将提供3D电梯模型作为被控对象，所有IO通过PROFIBUS DP网络与控制器进行通讯。

控制器标准配置为SIMATIC S7-1200，本赛项允许参赛队伍自带西门子其它小型控制器，如200、200SMART、300等系统PLC或LOGO!控制器参加。

注意，自带控制器的参赛队伍需自行完成接线，以及保证所带PLC、PC及相关软硬件的可靠性。

竞赛标准配置的设备将在6月中旬在各分赛区开放练习，具体时间请见后续通知。